施維林　馬錫英　陳　潔　趙保軍　唐曉聲　陳　亮　何　理

（1.蘇州科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 蘇州215009 2.蘇州科技大學(xué) 數(shù)理學(xué)院 蘇州 215009 3.煜環(huán)環(huán)境科技有限公司 石家莊 050051 4.上田環(huán)境修復(fù)股份有限公司 常州 213000 5.天津大學(xué)水利仿真與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 建筑工程學(xué)院 天津 300072）

引言

苯系物在生活和生產(chǎn)中的使用與日俱增，尤其在石油、化工、煉焦等方面應(yīng)用廣泛[1]。在使用過程中，可能會泄露至土壤、大氣和水環(huán)境，造成環(huán)境污染。苯系物(BTEX)是苯、甲苯、乙苯、二甲苯等的統(tǒng)稱，為重要的一組芳香烴，具有強(qiáng)致癌作用[2-5]。其大多以氣態(tài)存在，能夠通過暴露人群的呼吸系統(tǒng)和皮膚進(jìn)入人體。長期接觸環(huán)境空氣中苯系物不僅會刺激人體皮膚和黏膜，而且對人體的呼吸系統(tǒng)、造血系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等會有慢性或急性損害[2,6]。

我國城市化進(jìn)程在不斷地加快，應(yīng)城市化發(fā)展的要求，城中多數(shù)工廠企業(yè)被要求關(guān)停或進(jìn)行搬遷，這些場地可能存在一定的環(huán)境污染。在未經(jīng)環(huán)境調(diào)查評估或修復(fù)前，就進(jìn)行開發(fā)利用，對場地未來使用人群的健康可能產(chǎn)生不利影響[7,8]。因此，這類場地在重新規(guī)劃利用前通常需要進(jìn)行場地健康風(fēng)險評估[9]。

為了評價土壤中污染物風(fēng)險的空間分布，一些研究采用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)插值，如逆距離加權(quán)法，克里格法，或指示克里格法等評價土壤中重金屬的健康風(fēng)險[10]。但目前基本沒有評價土壤中苯系物污染風(fēng)險空間分布的研究。鑒于此,以某場地土地置換開發(fā)為例，對場地土壤苯系物濃度的空間分布特征描述，并結(jié)合場地未來土地利用類型，采用健康風(fēng)險評價模型對土壤苯系物污染可能給未來入住人群帶來的空間健康風(fēng)險進(jìn)行評價。

1　場地背景環(huán)境描述

1.1　場地特性

研究的目標(biāo)場地具有多年的工業(yè)生產(chǎn)歷史。以前為化工廠和溶劑廠，1990年改制成化工農(nóng)藥生產(chǎn)工廠，占地47萬平方米，從事化工農(nóng)藥的生產(chǎn)已有四十幾年，主要生產(chǎn)經(jīng)營甲胺磷類農(nóng)藥、氯苯等化工產(chǎn)品。后因城市總體布局調(diào)整，進(jìn)行了搬遷。在多年的化工農(nóng)藥的生產(chǎn)過程中，有毒有害物質(zhì)（如苯、苯酚等）的跑冒滴漏及無組織排放，使得該場地可能已被污染。

1.2　樣品采集和分析

根據(jù)前期對場地環(huán)境調(diào)查結(jié)果，場地土壤的幾個區(qū)域均存在不同程度的污染。規(guī)劃該場地未來土地的利用類型為居住用地和商業(yè)用地，根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 166-2004),分別布置表層土壤和亞表層土壤的采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)布見圖1，圖中紅點(diǎn)表示土壤超標(biāo)樣點(diǎn)。

圖1　土壤采樣點(diǎn)分布圖

研究采集表層和亞表層的土樣，經(jīng)檢測，表層和亞表層土壤的苯系污染物主要為苯、氯苯和硝基苯，但亞表層土壤污染物濃度較高對人體存在潛在危害。

2　健康風(fēng)險評價

健康風(fēng)險評價是美國國家工程學(xué)院和國家科學(xué)院于1972年首先提出,并于1983年的《紅皮書》中正式提出,分為4個主要框架：危害識別、暴露評估、毒性評估及風(fēng)險表征[11]。

2.1　暴露評價

暴露評價是進(jìn)行人類健康風(fēng)險評價的重點(diǎn)，在分析暴露途徑，確定暴露人群和暴露濃度的基礎(chǔ)上，根據(jù)收集的暴露參數(shù)估算暴露人群對污染物的攝入量即暴露劑量[12]。

2.2.1暴露人群

根據(jù)該場地后期的土地開發(fā)利用規(guī)劃主要涉及居住用地和商業(yè)用地，確定了敏感人群為兒童和成人。

2.2.2暴露途徑

一般而言，土壤中的污染物主要通過4種途徑進(jìn)入人體:經(jīng)口直接攝入,經(jīng)呼吸系統(tǒng)吸入,經(jīng)皮膚接觸吸收,食入該土壤中產(chǎn)出的實(shí)物而攝入[13]。而苯系物一般具有揮發(fā)性，因此土壤中的苯系物最有可能通過以下3種暴露途徑進(jìn)入場地上活動人群體內(nèi)。這3種暴露途徑為:因不慎直接經(jīng)口攝入污染土壤;皮膚接觸污染土壤而吸收其中的污染物;通過呼吸系統(tǒng)吸入土壤產(chǎn)生的粉塵和揮發(fā)性物質(zhì)[14]。又根據(jù)本場地未來作為居住用地和商業(yè)用地開發(fā)的特點(diǎn)，考慮場地中表層土壤室外、亞表層土壤的室外和室內(nèi)經(jīng)呼吸系統(tǒng)吸入的風(fēng)險。

綜上所述，本次確定暴露途徑主要有以下5種：途徑1：經(jīng)口不小心直接攝入污染土壤；途徑2：皮膚接觸污染土壤；途徑3：室外呼吸由表層污染土壤產(chǎn)生的粉塵和揮發(fā)性物質(zhì)；途徑 4：室外呼吸由亞表層污染土壤產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)；途徑5：室內(nèi)呼吸由亞表層污染土壤產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)。

2.2.3暴露濃度

暴露濃度主要是日常監(jiān)測所得的數(shù)據(jù)或采用污染物遷移轉(zhuǎn)化模型預(yù)測得出的數(shù)值。使用surfer 8.0軟件（克里金插值法）對監(jiān)測濃度進(jìn)行統(tǒng)計計算分析。不僅能準(zhǔn)確的描述每個點(diǎn)污染物的污染濃度，而且能預(yù)測沒有檢測的位點(diǎn)污染物的濃度。

2.2.4暴露分析

研究基于US EPA的暴露計算方法[14-16]，對場地苯系物的健康風(fēng)險進(jìn)行評價，具體計算公式如下。

式中：CS為土壤暴露濃度，其他各暴露參數(shù)含義、單位與取值見表1。各遷移系數(shù)（VF）推算如下。

表1　暴露因子及參數(shù)[1,14,17-21]

2.3　毒性評價

研究中使用的某污染物的毒性參數(shù)主要來源于美國環(huán)保局綜合風(fēng)險信息系統(tǒng)(IRIS)[21]、《污染場地風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則》和參照文獻(xiàn)[11-12]取值。目標(biāo)污染物的毒性數(shù)據(jù)見表2。

表2　苯系物毒性因子[22]

2.4　風(fēng)險表征

風(fēng)險表征一般包括單一污染物的致癌和非致癌風(fēng)險的計算、所有關(guān)注污染物的致癌和非致癌風(fēng)險計算[11]。致癌風(fēng)險值(R)計算式：R＝CDI×SF（或 URF），美國環(huán)保局設(shè)定10-6為可接受致癌風(fēng)險水平的下限，10-4為可接受致癌風(fēng)險水平的上限[12,23,24]。非致癌風(fēng)險值(HQ)計算式為：HQ＝CDI/RfD（或 RfC），當(dāng)非致癌風(fēng)險值大于 1 時，認(rèn)為存在非致癌風(fēng)險[13,26]。

3　結(jié)果與討論(Results and discussion)

3.1　場地土壤苯系物空間分布

經(jīng)檢測，場地表層土壤苯的濃度范圍在0～41 mg/kg，氯苯的濃度范圍在0～2130 mg/kg，硝基苯的濃度范圍在0～81 mg/kg；亞表層土壤苯的濃度范圍在0～51 mg/kg，氯苯的濃度范圍在0～597 mg/kg，硝基苯的濃度范圍在0～107 mg/kg。場地土壤苯系物濃度空間分布如圖2所示，可以形象具體的看出，與檢測數(shù)據(jù)一致，土壤中氯苯濃度范圍最高，硝基苯其次，苯濃度最低，并且能看出土壤中苯、氯苯和硝基苯的分布情況。亞表層土壤苯系物濃度空間分布范圍廣于表層土壤，且濃度較高。在表層土壤，苯濃度空間分布特性與氯苯大體相同，而苯濃度分布范圍更廣。在亞表層土壤，氯苯和硝基苯濃度空間分布具有相似性，明顯的硝基苯濃度分布較為集中，而濃度空間分布最為集中的是苯。

圖2　土壤苯系物濃度空間分布

3.2　土壤苯系物空間健康風(fēng)險

苯系物中苯已被國際癌癥研究中心確認(rèn)為人類致癌物，而硝基苯歸類為2很可能的人類致癌物，苯酚和氯苯可對人體造成急性和慢性毒性作用，損傷肝臟和造血系統(tǒng)，具有持久性和蓄積性作用[5,12]。因此，對場地土壤中的苯和硝基苯進(jìn)行了致癌健康風(fēng)險評價。

3.2.1致癌健康風(fēng)險評價

污染場地表層和亞表層土壤苯系物致癌風(fēng)險分別如圖3和圖4所示。計算結(jié)果表明,不同土地利用方式下苯、氯苯和硝基苯的致癌性風(fēng)險均能對目標(biāo)受體造成較大的致癌風(fēng)險,尤其是在亞表層土壤中。從圖3和圖4可以看出，場地土壤中苯致癌風(fēng)險大部分在10-6～10-4，硝基苯致癌風(fēng)險大部分在10-5～10-3。亞表層土壤的致癌風(fēng)險遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表層土壤，且高致癌風(fēng)險點(diǎn)遠(yuǎn)多于表層土壤。居民用地土壤苯系物的致癌風(fēng)險遠(yuǎn)高于商業(yè)用地。由此可見,長期工業(yè)生產(chǎn)活動給研究區(qū)域的土壤環(huán)境帶來潛在的影響,存在一定程度的健康風(fēng)險影響。

圖3　表層土壤苯系物致癌風(fēng)險

圖4　亞表層土壤癌風(fēng)險

3.2.2非致癌健康風(fēng)險

污染場地居住用地和商業(yè)用地土壤苯系物非致癌風(fēng)險分別如圖5和圖6所示。計算結(jié)果表明,場地中苯、氯苯和硝基苯的非致癌性風(fēng)險均能對目標(biāo)受體造成較大的非致癌風(fēng)險,部分采樣點(diǎn)風(fēng)險大于1，尤其是在亞表層土壤中。從圖5和圖6可以看出，場地中亞表層土壤苯和硝基苯非致癌風(fēng)險遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表層土壤，且高非致癌風(fēng)險點(diǎn)遠(yuǎn)多于表層土壤，而氯苯表層土壤的非致癌風(fēng)險高于亞表層土壤。居民用地土壤苯系物的非致癌風(fēng)險遠(yuǎn)高于商業(yè)用地。不論是在表層土壤還是在亞表層土壤，不同土地利用方式下，氯苯的非致癌風(fēng)險均高于苯和氯苯。表層土壤中，苯和氯苯的高非致癌風(fēng)險分布位置大致相同；亞表層土壤氯苯和硝基苯的高非致癌風(fēng)險分布位置大致相同。

圖5　居民用地土壤苯系物非致癌風(fēng)險

圖6　商業(yè)用地土壤苯系物非致癌風(fēng)險

結(jié)語

同一點(diǎn)位不同污染物的污染有伴生現(xiàn)象,這些污染集中點(diǎn)位產(chǎn)生的高污染對目標(biāo)受體會產(chǎn)生風(fēng)險疊加的后果[14]。而目前對多種污染物在同一位點(diǎn)造成的風(fēng)險計算只采用簡單加和的方法,由于不同物質(zhì)對人體的損害機(jī)制不同,這種計算方法并不能準(zhǔn)確表征不同污染物對受體的綜合作用效應(yīng)。因此，研究對土壤中苯系物的風(fēng)險進(jìn)行空間分布評價。結(jié)果說明該地區(qū)存在著一定的風(fēng)險，會危害人類健康。因此，在未來土地利用前必須對其進(jìn)行修復(fù)。

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國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目，31570515，場地鉻污染土壤微生物原位穩(wěn)定化/固化機(jī)理研究。